半导体芯片封装新载体
描述
传统的IC封装是采用导线框架作为IC导通线路与支撑IC的载具，它连接引脚于导线框架的两旁或四周。随着IC技术的发展，引脚数量增多、布线密度增大、基板层数增多，传统封装形式无法满足市场需要。近年来以BGA、CSP为代表的新型IC封装形式兴起，随之也产生了一种半导体芯片封装的新载体——IC封装基板。
IC封装基板市场早期，日本抢先占领了绝大多数市场份额。后续韩国、台湾地区封装基板业开始兴起并快速发展，与日本逐渐形成“三足鼎立”瓜分世界封装基板绝大多数市场的局面。现在日本、台湾地区和韩国仍是全球IC封装基板最主要的供应地区，其中日系厂商以Ibiden、Shinko、Kyocera、Eastern等公司较著名；而韩系厂商中以SEMCO、Simmteck、Daeduck等公司为主；台湾地区有名的有UMTC、Nanya、Kinsus和ASEM。
就技术而言，日本厂商仍较为先进。不过近几年来，台湾地区厂商产能已陆续开出，在较为成熟的产品方面（例如PBGA）更具成本优势，销售量不断攀升，成长快速。据市场调研机构Prismark 2012年的统计数据表明，在全球前11大基板企业销售收入中，台湾地区企业就占了四家。
·进军封装基板，提供一站式服务
国内从事封装基板生产的企业并不多，而且大多数是外商或台商独资或者是合资企业。深南电路是国内为数不多的封装基板厂家之一，同时也是国内最早进入封装基板领域的本土公司。该公司是深圳中航集团有限公司旗下的国家级高新技术企业，为实现业务升级转型，并承担国家重大科技专项任务，在2009年专门组建了封装基板事业部，在深圳市建立了研发及生产制造基地。目前其基板一厂日产能为1，000PNL（16×22英寸），基板二厂也在今年三月份连线投产，一期日产能1，500PNL，二期规划日产能2，500PNL（20×24英寸）。
据深南电路公司技术营销经理刘良军介绍，该公司具备PBGA、WB-CSP、被动器件埋入等封装基板批量生产能力，可提供FC-BGA、FC-CSP、FC-POP、FC-SiP等封装基板样品。目前基板产品包括BGA、Camera、SiP、Memory、MEMS、RF基板等。
刘良军指出，封装基板的趋势是薄型化和小型化，要求线距更细、孔径更小，这对材料选择、表面涂覆技术和精细线制作、精细阻焊等加工工艺提出了更高的挑战。深南电路也在不断追赶更加先进的封装基板技术，目前该公司已量产的基板线宽/线距可达35/35µm、盲孔/孔径最小可达75/175µm、通孔/孔径100/230µm、阻焊对位精度±35µm等，表面涂覆材料采用E’lytic Ni/Au、ENEPIG、OSP、AFOP。到明年，这些参数都将升级，分别达到线宽/线距20/20µm、盲孔/孔环最小可达65/150µm、通孔/孔径100/200µm、阻焊对位精度±20µm，表面涂覆将采取Immersion Tin等新材料。
随着电子产业的发展速度越来越快，新产品层出不穷，对上游芯片、封装的要求也越来越高。SiP封装技术由于具有小型化、高性能、多功能集成等优点，可以实现多个芯片的集成封装，能大大节省产品体积和提高可靠性需求，从而受到了产业的广泛关注。为了满足业内越来越多对SiP封装的需求，深南电路结合自身业务能力和产业链上下游，提供从SiP设计、PCB/基板生产、焊接加工、样片封装、测试等一站式服务。
用户只需在流片初期将封装设计需求交给他们，流片结束后一个星期左右便可拿到SiP封装样片。“我们的SiP设计包括了器件建模和裸片堆叠设计、封装基板设计、埋入式有源芯片基板设计、埋入式无源器件基板设计等。”刘良军说道，“基于多结构实验平台，即封装实验线为主平台，失效分析、环境可靠性测试、信号功能测试三个辅助平台，我们形成了SiP封装技术研发关键能力布局，并将产品类型扩充至QFN、BGA、LGA、POP、PiP、SiP、3D埋入式等封装。”
深南电路研发管理部副总经理陈一杲表示，公司基板业务以前面对的客户多是封装厂商，但是随着行业趋势的变化，现在策略慢慢有所调整，更多面向的是芯片厂商和终端系统厂商，这比直接面向封装厂来得更主动，把握度更强，因为做产品定义时就要考虑到芯片设计、封装设计、PCB设计等。系统厂商或芯片厂商想要用最低成本、最合理方式做出产品来，还需要像深南电路这样的后端企业来一起配合。
“对于芯片或系统厂商来说，想要创新的话必须依赖于先进的封装技术。我们公司是后端制造上资源整合最完整的企业，基板、PCB、PCBA、封装都有能力做，可以帮助他们在产品上实现创新。”陈一杲说道，“未来还有一个趋势是，整个半导体产业是在慢慢融合和相互合作，不像原来划分那么明确。我们提供一站式服务，是考虑到如果单独做封装或单独做基板，最后会变得无路可走，因为没有新的东西很难实现突破，只有把这些东西融合在一起，相互去渗透，整合新技术，那这些技术才会带来新的体验和新的竞争力。”
·埋入式技术将打破产业格局
越来越多的高密度、多功能和小型化需求给封装和基板都带来了新的挑战，很多新的封装技术应运而生，包括埋入式封装技术。埋入式封装技术是把电阻、电容、电感等被动元件甚至是IC等主动器件埋入到印刷电路板内部，这种做法可以缩短元件相互之间的线路长度，改善电气特性，而且还能提高有效的印制电路板封装面积，减少大量的印制电路板板面的焊接点，从而提高封装的可靠性，并降低成本，是一种非常理想的高密度封装技术。
据陈一杲介绍，早期埋入式技术主要应用在PCB上，现在也应用到了封装基板上。在PCB中埋入电阻、电容等被动器件已经是非常成熟的技术，深南电路很早就掌握了这类技术。埋入式技术从PCB转移到基板上，实现难度更大，因为基板的精细度更高，击穿厚度更薄，所以要求制造加工能力更强和精准度更高。不过因为技术原理一样，所以其在基板上埋入被动器件也很快地实现了量产。
该公司在基板中实现埋入电阻、电容等被动元件主要有两种，一种是平面埋入，也称薄膜式埋入，即将只有几个微米的电阻、电容材料埋入板内部，通过图形转移、酸性蚀刻等一系列工艺做出相应电阻或电容图形。另一种方法是分立式埋入，就是把01005、0201、0402等超薄型封装规格的电阻电容直接通过SMT工艺、填孔互联工艺贴合进基板里面。埋入式封装对元件的埋入数量并无限制，主要看封装面积，如果面积足够可以多埋。虽然这种做法封装成本会变高，但是对整个产品来讲未必成本会变高，因为可以省掉后面的元器件购买和SMT贴片成本，并且在性能上也会有所提升。
除了埋入电阻、电容、电感等被动元件外，深南电路也在积极开发埋入IC技术，即直接把芯片裸片埋置到基板内部进行板级封装，其复杂程度比埋入被动元件更进一步。经过长期的技术积累和创新，该公司目前已经生产出IC埋入基板样片，接下来就是需要和客户一起联合开发，根据他们的需求定义最终产品。“我们现在主要在找有这方面想法的客户来联合开发，做成产品化和工程化。技术我们都已经具备了，只是后续需要把这个技术大规模应用在产品上，并且提高生产良率和可靠性。我们还需要寻找有这方面意愿的客户，找一些真正的产品来做。”陈一杲说道。
高密度、小型化封装需求在不断增加，预计内置元件基板市场会不断扩大。埋入式技术的出现蕴藏着产业结构和行业结构重大变革的可能性，从材料厂、IC代工厂、IC设计公司到印制电路板/基板厂商、封装厂家、系统厂商，即产业链上下游的协作是不可缺少的。陈一杲表示：“埋入式技术的发展，对原有器件供应商的冲击是非常大的，这时他们就需要改变，例如他的器件需要满足埋入的条件。新的技术出来，一定会打破固有模式。企业及时了解市场的变化，及时转型是非常重要的。”
·后记
由于SoC芯片集成度已接近物理极限，晶圆级封装（CSP）、系统级封装（SiP）、器件埋入等先进封装技术为系统进一步集成提供了一个可行的途径。目前领先的整机设备制造商在产品设计时不仅仅考虑器件功能，也开始考虑封装设计、模块设计、埋入式PCB设计等，同时也在积极寻找创新的组件与模块封装方案，以提高系统可靠性，缩小产品尺寸，实现产品的优化和创新。
由深圳市半导体行业协会与思锐达传媒联手举办的 “2013先进封装与制造技术论坛”将于2013年11月26日在深圳马哥孛罗好日子酒店举行。本次活动将汇集国内外知名封装方案提供商与整机设备制造商，探讨如何利用先进封装与制造技术帮助整机企业解决在小型化产品设计时遇到的难题与挑战，让整机设备厂商从芯片级甚至是晶圆级优化产品设计，打造具有成本优势和功能差异的产品，实现产业升级。